لماذا يوجد طلب متزايد على سيراميك SiC عالي التوصيل الحراري في صناعة أشباه الموصلات؟

حالياً،كربيد السيليكون (SiC)يعد مجالًا نشطًا للغاية للبحث في المواد الخزفية الموصلة للحرارة محليًا ودوليًا. بفضل الموصلية الحرارية النظرية التي يمكن أن تصل إلى 270 واط/م ك لأنواع معينة من البلورات،كربيد كربيدمن بين الأفضل أداءً في المواد غير الموصلة. وتمتد تطبيقاتها عبر ركائز أجهزة أشباه الموصلات، والمواد الخزفية عالية التوصيل الحراري، والسخانات والألواح الساخنة في معالجة أشباه الموصلات، ومواد الكبسولة للوقود النووي، والأختام المحكمة في مضخات الضاغط.

كيفكربيد السيليكونهل يتم تطبيقها في صناعة أشباه الموصلات؟

تعد ألواح وتركيبات الطحن من معدات العمليات الأساسية في إنتاج رقائق السيليكون داخل صناعة أشباه الموصلات. إذا كانت ألواح الطحن مصنوعة من الحديد الزهر أو الفولاذ الكربوني، فإنها تميل إلى أن تكون ذات عمر افتراضي قصير ومعامل تمدد حراري مرتفع. أثناء معالجة رقائق السيليكون، خاصة أثناء الطحن أو التلميع عالي السرعة، فإن التآكل والتشوه الحراري لألواح الطحن هذه يجعل من الصعب الحفاظ على التسطيح والتوازي لرقائق السيليكون. ومع ذلك، فإن ألواح الطحن المصنوعة من سيراميك كربيد السيليكون تظهر صلابة عالية وتآكلًا منخفضًا، مع معامل تمدد حراري يتطابق بشكل وثيق مع معامل رقاقات السيليكون، مما يتيح طحن وتلميع عالي السرعة.

علاوة على ذلك، أثناء إنتاج رقائق السيليكون، يلزم إجراء معالجة حرارية بدرجة حرارة عالية، وغالبًا ما يتم استخدام تركيبات كربيد السيليكون للنقل. تتميز هذه التركيبات بأنها مقاومة للحرارة والتلف، ويمكن تغطيتها بطبقة من الكربون الشبيه بالألماس (DLC) لتعزيز الأداء، وتخفيف أضرار الرقاقة، ومنع انتشار التلوث. بالإضافة إلى ذلك، كممثل لمواد أشباه الموصلات ذات فجوة واسعة من الجيل الثالث، تمتلك بلورات كربيد السيليكون المفردة خصائص مثل فجوة نطاق واسعة (حوالي ثلاثة أضعاف السيليكون)، والتوصيل الحراري العالي (حوالي 3.3 أضعاف السيليكون أو 10 أضعاف ذلك). GaAs)، وسرعة تشبع إلكترون عالية (حوالي 2.5 مرة من السيليكون)، ومجال كهربائي عالي الانهيار (حوالي 10 أضعاف السيليكون أو خمسة أضعاف GaAs). تعوض أجهزة كربيد السيليكون أوجه القصور في أجهزة المواد شبه الموصلة التقليدية في التطبيقات العملية، وأصبحت تدريجيًا سائدة في أشباه موصلات الطاقة.

لماذا الطلب على الموصلية الحرارية العالية؟سيراميك سيكارتفاع؟

مع التقدم التكنولوجي المستمر، الطلب علىسيراميك كربيد السيليكونفي صناعة أشباه الموصلات يتزايد بسرعة. تعتبر الموصلية الحرارية العالية مؤشرا حاسما لتطبيقها في مكونات معدات تصنيع أشباه الموصلات، مما يجعل البحث في الموصلية الحرارية العاليةسيراميك سيكمهم. يعد تقليل محتوى الأكسجين في الشبكة وزيادة الكثافة والتحكم العقلاني في توزيع المرحلة الثانية في الشبكة من الطرق الأساسية لتعزيز التوصيل الحراري للشبكة.سيراميك كربيد السيليكون.

حاليا، الأبحاث المتعلقة بالموصلية الحرارية العاليةسيراميك سيكفي الصين محدودة ومتخلفة بشكل كبير عن المعايير العالمية. تشمل اتجاهات البحث المستقبلية ما يلي:

تعزيز عملية إعداد البحوثسيراميك كربيد السيليكونالمساحيق، نظرًا لأن تحضير مسحوق SiC عالي النقاء ومنخفض الأكسجين يعد أمرًا أساسيًا لتحقيق الموصلية الحرارية العاليةسيراميك سيك.

تعزيز الاختيار والبحث النظري لمساعدات التلبيد.

تطوير معدات تلبيد متطورة، حيث أن تنظيم عملية التلبيد للحصول على بنية مجهرية معقولة أمر ضروري للحصول على موصلية حرارية عاليةسيراميك سيك.

ما هي التدابير التي يمكن أن تحسن التوصيل الحراري للسيراميك سيك?

المفتاح لتحسين التوصيل الحراري للسيراميك سيكهو تقليل تردد تشتت الفونونات وزيادة متوسط ​​المسار الحر للفونونات. يمكن تحقيق ذلك بشكل فعال عن طريق تقليل المسامية وكثافة حدود الحبوبسيراميك سيك، وتعزيز نقاء حدود حبيبات SiC، وتقليل الشوائب أو العيوب في شبكة SiC، وزيادة ناقلات النقل الحراري في SiC. في الوقت الحالي، يعد تحسين نوع ومحتوى مساعدات التلبيد والمعالجة الحرارية ذات درجات الحرارة العالية من التدابير الأساسية لتعزيز التوصيل الحراريسيراميك سيك.

تحسين نوع ومحتوى مساعدات التلبيد

غالبًا ما يتم إضافة مساعدات التلبيد المختلفة أثناء تحضير الموصلية الحرارية العاليةسيراميك سيك. يؤثر نوع ومحتوى مساعدات التلبيد هذه بشكل كبير على التوصيل الحراريسيراميك سيك. على سبيل المثال، يمكن لعناصر مثل Al أو O في مساعدات التلبيد لنظام Al2O3 أن تذوب بسهولة في شبكة SiC، مما يؤدي إلى خلق شواغر وعيوب، وبالتالي زيادة تردد تشتيت الفونون. علاوة على ذلك، إذا كان محتوى مساعد التلبد منخفضًا جدًا، فقد لا تتكثف المادة أثناء التلبيد، في حين أن المحتوى العالي من مساعد التلبد يمكن أن يؤدي إلى زيادة الشوائب والعيوب. قد تمنع مساعدات التلبيد المفرطة في الطور السائل أيضًا نمو حبيبات SiC، مما يقلل من متوسط ​​المسار الحر للفونون. وبالتالي تحقيق الموصلية الحرارية العاليةسيراميك سيك، فمن الضروري تقليل محتوى مساعدات التلبيد مع ضمان التكثيف، واختيار مساعدات التلبيد التي لا تكون قابلة للذوبان بسهولة في شبكة SiC.

حاليا، الضغط الساخنسيراميك سيكيُظهر استخدام BeO كمساعد للتلبيد أعلى موصلية حرارية في درجة حرارة الغرفة (270 واط·م-1·ك-1). ومع ذلك، فإن BeO شديد السمية ومسبب للسرطان، مما يجعله غير مناسب للاستخدام على نطاق واسع في المختبرات أو الصناعة. يحتوي نظام Y2O3-Al2O3 على نقطة سهلة الانصهار عند 1760 درجة مئوية وهو عبارة عن أداة مساعدة شائعة في تلبد الطور السائلسيراميك سيك، ولكن نظرًا لأن Al3+ يذوب بسهولة في شبكة SiC،سيراميك سيكمع هذا النظام كمساعد للتلبد يكون الموصلية الحرارية في درجة حرارة الغرفة أقل من 200 واط·م-1·ك-1.

العناصر الأرضية النادرة مثل Y وSm وSc وGd وLa ليست قابلة للذوبان بسهولة في شبكة SiC ولها ألفة عالية للأكسجين، مما يقلل بشكل فعال من محتوى الأكسجين في شبكة SiC. لذلك، يتم استخدام نظام Y2O3-RE2O3 (RE=Sm, Sc, Gd, La) بشكل شائع كمساعد تلبيد لتحضير الموصلية الحرارية العالية (> 200 W·m-1·K-1).سيراميك سيك. على سبيل المثال، في نظام Y2O3-Sc2O3، يكون الانحراف الأيوني بين Y3+ وSi4+ كبيرًا، مما يمنع تكوين المحاليل الصلبة. قابلية ذوبان Sc في SiC النقي منخفضة نسبيًا عند درجات حرارة تتراوح من 1800 إلى 2600 درجة مئوية، تقريبًا (2 ~ 3) × 10 ^ 17 ذرة · سم ^ -3.

الخصائص الحرارية لسيراميك SiC مع وسائل التلبيد المختلفة

المعالجة الحرارية لدرجات الحرارة العالية

المعالجة الحرارية لدرجات الحرارة العاليةسيراميك سيكيساعد في القضاء على عيوب الشبكة، والخلع، والإجهاد المتبقي، مما يعزز تحويل بعض الهياكل غير المتبلورة إلى هياكل بلورية ويقلل من تشتت الفونون. بالإضافة إلى ذلك، تعمل المعالجة الحرارية بدرجة الحرارة العالية على تعزيز نمو حبيبات SiC بشكل فعال، مما يؤدي في النهاية إلى تعزيز الخصائص الحرارية للمادة. على سبيل المثال، بعد المعالجة الحرارية بدرجة حرارة عالية عند 1950 درجة مئوية، فإن الانتشار الحراري لـسيراميك سيكزادت من 83.03 مم2·ث-1 إلى 89.50 مم2·ث-1، وزادت الموصلية الحرارية في درجة حرارة الغرفة من 180.94 وات·م-1·ك-1 إلى 192.17 وات·م-1·ك-1. تعمل المعالجة الحرارية ذات درجة الحرارة العالية على تحسين قدرة إزالة الأكسدة لمساعدات التلبيد بشكل كبير على سطح وشبكة SiC وتشديد وصلات حبيبات SiC. ونتيجة لذلك، فإن التوصيل الحراري لدرجة حرارة الغرفةسيراميك سيكيتم تعزيزه بشكل ملحوظ بعد المعالجة الحرارية بدرجة حرارة عالية.**

نحن في Semicorex متخصصون فيسيراميك سيكومواد السيراميك الأخرى المستخدمة في تصنيع أشباه الموصلات، إذا كانت لديك أي استفسارات أو كنت بحاجة إلى تفاصيل إضافية، فلا تتردد في الاتصال بنا.

هاتف الاتصال: +86-13567891907

البريد الإلكتروني: sales@semicorex.com